Источник бесперебойного питания Российский патент 2024 года по МПК H02M7/42 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к статическим обратимым преобразователям, выполняющим функцию источников бесперебойного питания, которые могут выполнять функции зарядного устройства для аккумуляторных батарей или других потребителей постоянного тока, а также являться источником питания для потребителей переменного напряжения. Источник бесперебойного питания (ИБП) при выходе из строя основного источника питания сети переменного тока (обычно - генератора) производит питание потребителей переменного тока путем преобразования электроэнергии постоянного тока, сохраненной в накопителе (например, в аккумуляторной батарее - АБ) в энергию переменного тока. При нормальной работе основной сети переменного тока ИБП производит заряд и затем подзаряд АБ путем выпрямления напряжения, подаваемого от основной сети.

Известно техническое решение «Источник бесперебойного питания - статический обратимый преобразователь для питания потребителей переменного и постоянного тока и заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи» (RU 2732280 C1, опубликовано 15.09.2020), которое содержит звено высокой частоты и порты для подключения источников постоянного и переменного тока, и потребителей постоянного и переменного тока, при этом звено высокой частоты обратимого преобразователя содержит группу из нескольких трансформаторно-модульных ячеек, каждая из которых содержит один двух обмоточный трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к модулю однофазного инвертора с четырьмя транзисторами и драйвером и четырьмя обратными диодами в виде звена первой группы, и с вторичной обмоткой, подключенной к модулю однофазного инвертора с четырьмя транзисторами и драйвером и четырьмя обратными диодами в виде звена второй группы, причем звенья первой группы соединены по выводам постоянного тока модулей параллельно и подключены к порту постоянного тока, соединенному с аккумуляторной батареей и потребителями постоянного тока, а звенья второй группы тех же ячеек соединены по выводам постоянного тока между собой последовательно, причем выход последовательно соединенных звеньев второй группы подключен через конденсатор к входу трехфазного инвертора основной сети переменного тока, который через LC-фильтр подключен к порту переменного тока, соединенному с трехфазным источником основной сети переменного тока и потребителями переменного тока, звенья второй группы выполнены в виде инверторов напряжения с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения понижающего типа, где функции конденсаторов на входе указанных инверторов выполняет конденсатор на входе трехфазного инвертора основной частоты, причем необходимое увеличение напряжения в выпрямительном режиме и заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи в зарядном режиме осуществляется путем закорачивания части последовательно соединенных звеньев второй группы и отключения соответствующей части звеньев первой группы с помощью соответственно драйверов модулей второй группы, открывающих четыре транзистора модуля каждого звена соответствующей части звеньев второй группы, и драйверов модулей первой группы, блокирующих открывание четырех транзисторов модулей каждого звена соответствующей части звеньев первой группы.

Система управления построена на базе микропроцессорного контроллера, он же микроконтроллер, осуществляющего управление драйверами транзисторов модулей первой и второй групп каждого звена высокой частоты, результатом чего является закорачивание части звеньев второй группы и размыкание соответствующей части звеньев первой группы. На входы в микроконтроллер, подаются выход датчика напряжения порта постоянного тока обратимого преобразователя и уставки, соответствующие минимальному и максимальному значению пороговых напряжений в выпрямительном, зарядном и инверторном режимах.

К преимуществам известного технического решения относится возможность изменения выходного напряжения при разряде аккумуляторной батареи. Недостатком же является низкая удельная энергоемкость устройства. Использование нескольких групп трансформаторно-модульных ячеек значительно увеличивает массогабаритные характеристики устройства, при этом не изменяет количество запасаемой энергии, а также уменьшает количество полезной возвращаемой энергии за счет коммутационных потерь в транзисторах и электромагнитных потерь в трансформаторах каждой трансформаторно-модульной ячейки.

Наиболее близким техническим решением является «Источник бесперебойного питания потребителей переменного тока» (RU 2426215 C2, опубликовано 10.08.2011), представленный на фиг. 4. Прототип содержит аккумуляторную батарею, звено высокой частоты, состоящее из двух обратимых инверторов напряжения и высокочастотного трансформатора, обеспечивающее необходимую гальваническую развязку, звено автономного инвертора промышленной частоты, которое является звеном автономного инвертора напряжения, в основе которого лежит 3-фазная мостовая схема автономного инвертора и LC-фильтр, который является трехфазным фильтром нижних частот. Звено высокой частоты и звено автономного инвертора напряжения соединены последовательно и образуют обратимый преобразователь (ОП). Эти звенья построены на базе транзисторно-диодных модулей (MOSFET и IGBT), которые образуют отдельные модули (преобразователи энергии), каждый из которых работает либо в инверторном режиме, когда используются все элементы модуля, либо в выпрямительном режиме модуля, когда используются только обратные диоды, а транзисторы не открываются. Транзисторно-диодные модули могут подключаться параллельно, для увеличения номинального тока ОП. Все транзисторно-диодные модули управляются через драйверы, которые получают сигналы от одного микроконтроллера, который лежит в основе системы управления. В состав ИБП входят сглаживающие конденсаторы со стороны аккумуляторной батареи и между звеньями высокой частоты и автономного инвертора напряжения, а также датчики тока и напряжения, установленные со стороны аккумуляторной батареи и со стороны сети переменного тока. Датчики тока и напряжения со стороны сети образуют блок датчиков. Также может подключаться датчик напряжения, который контролирует напряжение на удаленной части сети для обеспечения возможности синхронизации с этим напряжением. ИБП также содержит систему синхронизации на основе узла фазовой автоподстройки частоты.

ИБП работает в двух основных установившихся режимах:

- в режиме формирования трехфазной сети, когда потребители переменного тока получают питание от АБ через ОП. В этом режиме управление звеном автономного инвертора напряжения осуществляется по методу синусоидальной ШИМ, формируя кривую противо-ЭДС для 3-х фаз моста, регулируемую по амплитуде и фазе (по отношению к амплитуде и фазе напряжения в основной сети переменного тока).

- в режиме нормальной работы основной сети переменного тока, когда потребители переменного тока получают питание от источника (например, синхронного генератора основной сети переменного тока, и через ОП производится заряд или подзаряд АБ и питание потребителей постоянного тока (если таковые имеются).

Включение ИБП на трехфазную нагрузку в режиме питания потребителей переменного тока осуществляется за счет мощного автоматического выключателя переменного тока, время выключения которого составляет обычно 1-2 периода частоты сети, т.е. меньше 40 мс. По команде микроконтроллера, входящего в систему управления производится автоматическое включение ОП в работу в режиме автономного инвертора, питающего ответственных потребителей. В большинстве случаев столь короткий перерыв питания ответственных потребителей допустим, однако, этот перерыв питания может быть уменьшен (вплоть до 0) в тех случаях, когда в состав нагрузки переменного тока входят асинхронные или/и синхронные двигатели, подключенные статором непосредственно к сети переменного тока. Тогда путем регулируемой генерации реактивной мощности обратимым преобразователем напряжение в сети переменного тока поддерживается на уровне, близком к номинальной величине.

Достоинством прототипа, по сравнению с аналогами, является уменьшение времени переключения режимов ИБП и возможность регулирования реактивной мощности в случаях, когда в состав нагрузки переменного тока входят асинхронные или/и синхронные двигатели.

Недостатком прототипа является его низкая энергоэффективность. Использование высокочастотного трансформатора с фиксированным коэффициентом трансформации не позволит звену высокой частоты в режиме формирования трехфазной сети поддерживать уровень напряжения на входе автономного инвертора напряжения, необходимый для формирования полноценной трехфазной сети, при неполном заряде аккумуляторной батареи. В описании прототипа предлагаются схемные решения данного недостатка, но они ведут к увеличению массогабаритных характеристик устройства без увеличения запасаемой энергии и, как следствие, к снижению удельной энергоемкости устройства.

Кроме того, недостатком прототипа является ограничение его работы только на трехфазных потребителей. Формирование трехфазной трехпроводной сети без нейтрали делает невозможным питание однофазных или смешанных потребителей от устройства прототипа.

Также к недостаткам прототипа можно отнести сравнительно низкое качество формируемого трехфазного напряжения. LC-фильтр в составе автономного инвертора напряжения слабо фильтрует высокочастотные помехи, возникающие при работе автономного инвертора напряжения в режиме формирования трехфазной сети и практически не фильтрует входное трехфазное напряжение в режиме нормальной работы основной сети, что негативно сказывается на работе источника бесперебойного питания при работе в децентрализованных энергетических сетях.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение энергоэффективности источника бесперебойного питания.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение удельной энергоемкости и качества формируемой трехфазной сети источником бесперебойного питания.

Технический результат достигается тем, что источник бесперебойного питания содержит аккумуляторную батарею, звено высокой частоты, состоящее из входного конденсатора, к которому параллельно подключен датчик напряжения и последовательно подключен датчик тока, двух встречно направленных обратимых транзисторных инверторов напряжения, управляющие выводы транзисторно-диодных модулей которых подключены к драйверам, и между которыми параллельно подключен высокочастотный трансформатор, и выходного конденсатора, звено автономного инвертора напряжения, состоящее из транзисторно-диодных модулей, управляющие выводы которых подключены к драйверам, и трехфазного фильтра нижних частот, состоящий из трех дросселей, параллельно к которым подключены конденсаторные батареи, блок датчиков, выводы которого предназначены для подключения к трехфазной сети с потребителями переменного тока, состоящий из трех датчиков напряжения и трех датчиков тока, и систему управления, соответствующие входы которой подключены к датчикам тока и напряжения, соответствующие выходы которой подключены к драйверам.

При этом в качестве аккумуляторной батареи использован автономный источник питания, управляющий цифровой вход которого подключен к соответствующему выходу системы управления. К первичной и вторичной обмоткам высокочастотного трансформатора последовательно подключены дроссели, конденсаторные батареи и датчики тока, выходы которых подключены к соответствующим входам системы управления. К выходному конденсатору звена высокой частоты параллельно подключен датчик напряжения и последовательно подключен датчик тока, выходы которых подключены к соответствующим входам системы управления. В звено автономного инвертора напряжения параллельно подключены два транзисторно-диодных модуля, соединенных между собой последовательно, управляющие выводы которых подключены к драйверам и общий вывод которых через дроссель подключен к общему выводу конденсаторных батарей трехфазного фильтра нижних частот. К дросселям трехфазного фильтра нижних частот со стороны трехфазной сети последовательно подключены три дросселя. К конденсаторным батареям трехфазного фильтра нижних частот последовательно подключены три резистора. Общий вывод конденсаторных батарей трехфазного фильтра нижних частот предназначен для подключения к трехфазной четырехпроводной сети с потребителями переменного тока через блок датчиков в качестве нейтрального вывода. В блок датчиков в нейтральный вывод последовательно подключен датчик тока, выход которого подключен к соответствующему входу системы управления.

Система управления дополнительно содержит цифровой вход, предназначенный для подключения внешних управляющих устройств.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно увеличить удельную энергоемкость ИБП за счет возможности максимального заряда и глубокого разряда аккумуляторной батареи и позволяет значительно увеличить качество формируемой ИБП трехфазной сети за счет повышения кратности частоты модуляции ШИМ формирования трехфазной питающей сети, более качественной фильтрации трехфазного напряжения и возможности реализации алгоритмов синхронизации и компенсации реактивной мощности с применением нулевого провода. Все вышеперечисленное в совокупности значительно увеличивает энергоэффективность предлагаемого источника бесперебойного питания.

Дополнительно введенный цифровой вход в системе управления позволит использовать источник бесперебойного питания в качестве управляемого устройства в составе комплексных масштабируемых источников бесперебойного питания.

На фиг. 1 представлена общая схема источника бесперебойного питания.

На фиг. 2 представлена зависимость тока заряда аккумуляторной батареи от напряжения на аккумуляторной батарее и от частоты работы высокочастотного звена в режиме заряда источника бесперебойного питания (при нормальной работе питающей трехфазной сети).

На фиг. 3 представлена зависимость напряжения на входе в автономный инвертор напряжения от напряжения на аккумуляторной батарее и от частоты работы высокочастотного звена в режиме формирования трехфазной сети (при питании потребителей от источника бесперебойного питания).

На фиг. 1 не показаны связи между управляющими контактами транзисторно-диодных модулей и драйверами для более наглядного представления электрической части схемы источника бесперебойного питания.

Источник бесперебойного питания (фиг. 1) (ИБП) 1 содержит последовательно подключенные между собой автономный источник питания на аккумуляторных батареях (АБ) 2, звено высокой частоты (ВЧ) 3, звено автономного инвертора напряжения (АИН) 4, блок датчиков (БД) 5, а также систему управления (СУ) 6.

Звено ВЧ 3 представляет собой двунаправленный CLLC преобразователь и состоит из двух встречно направленных обратимых транзисторных инверторов напряжения (ИН) 7 и 8, между которыми подключен трансформатор Т 9. ИН 7 и ИН 8 содержат по 4 транзисторно-диодных модуля 7.1-7.4 и 8.1-8.4 соответственно, соединенных между собой по мостовой схеме. Т 9 содержит первичную 9.1 и вторичную 9.2 обмотки, к которым последовательно подключены дроссели 9.4, 9.5 и конденсаторные батареи 9.3, 9.6 соответственно. ВЧ 3 содержит также сглаживающие конденсаторные батареи на входе 3.1 и выходе 3.2. Между сглаживающими конденсаторными батареями 3.1 и 3.2 и ИН 7 и 8 соответственно подключены датчики напряжения ДН3.1 и ДН3.2 и датчики тока ДТ3.1 и ДТ3.2, измеряющие постоянные входные и выходные напряжения и токи соответственно. К обеим обмоткам Т 9 последовательно подключены датчики тока ДТ9.1 и ДТ9.2 измеряющие переменные высокочастотные токи на первичной и вторичной обмотках Т 9 соответственно.

Звено АИН 4 представляет собой трехфазный четырехпроводной автономный инвертор напряжения промышленной частоты на основе 3-фазной мостовой схемы автономного инвертора, в которую введено дополнительное плечо для нулевого провода, и LCL+L-фильтр 10 нижних частот. АИН 4 содержит 8 транзисторно-диодных модулей 4.1-4.8 соответственно, соединенных между собой по мостовой схеме. CLC+L-фильтр 10 содержит семь дросселей 10.1-10.6 и 10.13, три резистора 10.7-10.9 и три конденсаторные батареи 10.10-10.12. Три дросселя 10.1-10.3 подключены к фазным выходам автономного инвертора, три дросселя 10.4-10.6 подключены к БД 5, пары дросселей 10.1 и 10.4, 10.2 и 10.5, 10.3 и 10.6 подключены между собой последовательно. Общие точки между указанными парами дросселей соединены между собой параллельно последовательными цепями из указанных резисторов и конденсаторных батарей 10.7 и 10.10, 10.8 и 10.11, 10.9 и 10.12 соответственно. Конденсаторные батареи 10.10-10.12 имеют общий вывод, который через дроссель 10.13 соединен с общим контактом двух транзисторно-диодных модулей 4.7 и 4.8 в плече нулевого провода звена АИН 4 и соединен с четвертым вводом БД 5.

БД 5 состоит из трех датчиков напряжения ДН5.1…5.3, которые измеряют напряжения между фазами и нулевым проводом, и четырех датчиков тока ДТ5.1…5.4, которые измеряю токи в фазных и нулевом проводах.

ВЧ 3 и АИН 4 построены на базе транзисторно-диодных модулей 7.1-7.4, 8.1-8.4 и 4.1-4.8 (MOSFET и IGBT), которые образуют отдельные модули (преобразователи энергии), каждый из которых работает либо в инверторном режиме, когда используются все элементы модуля, либо в выпрямительном режиме модуля, когда используются только обратные диоды, а транзисторы не открываются. Транзисторно-диодные модули могут подключаться параллельно, для увеличения номинального тока ИБП 1. Все транзисторно-диодные модули управляются через драйверы 7.0, 8.0 и 4.0.

Все сигналы с ДН3.1, ДН3.2, ДН5.1…5.3 и ДТ3.1, ДТ3.2 ДТ9.1, ДТ9.2, ДТ5.1-ДТ5.4 подключены к соответствующим входам системы управления (СУ) 6, выходы СУ 6 подключены к драйверам 7.0, 8.0, 4.0 и цифровому входу АБ 2.

СУ 6 может быть выполнена как в виде централизованной системы управления на одном мощном микроконтроллере, так и в виде иерархической структуры нескольких локальных систем управления с отдельными микроконтроллерами.

СУ 6, управляя драйверами 7.0, 8.0 и 4.0 и АБ 2, осуществляет переключение режимов работы АБ 2, ВЧ 3 и АИН 4 в реальном времени на основе заложенных в нее алгоритмов, или на основе данных и команд, полученных от внешних устройств через дополнительный цифровой вход (ЦВ).

Выводы БД 5 предназначены для подключения ИБП 1 к питающей промышленной трехфазной сети и потребителям переменного тока. Выводы АБ 2 могут использоваться для питания потребителей постоянного тока, если таковые имеются.

Использование в качестве АБ 2 автономного источника питания с управляемой топологией подключения аккумуляторных батарей и двунаправленной CLLC топологии в ВЧ 3 позволяет заряжать АБ 2 до максимально возможного напряжения в режиме заряда ИБП 1, а в режиме формирования трехфазного напряжения ИБП 1 - поддерживать уровень напряжения на входе АИН 4, необходимый для формирования полноценной трехфазной сети, во всем диапазоне рабочих напряжений аккумуляторной батареи за счет двухрезонансной частотной характеристики Т 9 и использования разных частотных диапазонов работы ВЧ 3 в режиме заряда и режиме разряда. Эффективность двунаправленной CLLC топологии доказывается множеством открыто опубликованных исследований [1-3] и результатами численного моделирования (фиг. 2 и 3).

На фиг. 2 показано, что в процессе заряда АБ 2 при постоянном напряжении на входе ВЧ 3 и постоянном токе заряда АБ 2, изменяя частоту тока ВЧ 3 в диапазоне от 60 до 30 кГц, возможно получение напряжения на АБ 2 в диапазоне от 500 до 900 В.

На фиг. 3 показано, что в процессе формирования промышленной трехфазной сети, изменяя частоту тока ВЧ 3 в диапазоне от 50 до 90 кГц, возможна стабилизация входного напряжения АИН 4 на уровне 580 В, необходимого для формирования полноценной трехфазной промышленной сети, во всем диапазоне рабочих напряжений АБ 2 от 900 до 500 В.

Использование дополнительного плеча для нулевого провода в АИН 4, трех датчиков напряжения ДН5.1…5.3 и четырех датчиков тока ДТ5.1…5.4 в БД 5 позволяет использовать алгоритмы синхронизации с промышленной сетью и потребителями и алгоритмы компенсации реактивной мощности, что доказывается множеством открыто опубликованных исследований [4-6].

Использование LCL+L-фильтра 10 вместо LC-фильтра позволяет повысить качество формируемого трехфазного напряжения за счет повышения частоты несущего ШИМ сигнала для формирования трехфазной синусоидальной промышленной сети (т.е. повышения кратности частоты модуляции) без ухудшения гармоничного состава формируемого трехфазного напряжения. Бóльшая эффективность LCL+L-фильтров по сравнению с LC-фильтрами доказывается множеством открыто опубликованных исследований [7-9].

Также использование LCL+L-фильтра 10 позволяет повысить эффективность работы ИБП 1 в режиме заряда за счет улучшения гармонического состав трехфазного напряжения, подаваемого на вход АИН 4, что эффективно в сетях с децентрализованным питанием.

Дополнительный цифровой вход (ЦВ) СУ 6 позволяет получать данные от внешних устройств и на основе этих данных корректировать режим работы ИБП 1.

Источник бесперебойного питания работает следующим образом.

ИБП 1 работает в двух основных установившихся режимах:

- режим заряда;

- режим формирования трехфазной сети.

В режиме заряда потребители переменного тока и ИБП 1 получают питание от внешнего источника энергии (например, синхронного генератора основной сети переменного тока). В этом режиме АИН 4 работает в режиме выпрямителя. Ток заряда проходит через диоды транзисторно-диодных модулей 4.1-4.8 АИН 4, а транзисторы 4.1-4.8 не включаются. Конденсаторная батарея 3.2 сглаживает пульсирующее выпрямленное напряжение после АИН 4, которое далее поступает на вход ВЧ 3, в частности, на вход ИН 8. ИН 8 формирует напряжение высокой частоты в диапазоне 60-30 кГц, стабилизируя зарядный ток, или напряжение на входе АБ 2. Высокочастотный ток через гальванически развязанный Т 9 подается на ИН 7. ИН 7, как и АИН 4, работает в режиме выпрямителя. Ток заряда проходит через диоды транзисторно-диодных модулей 7.1-7.4 ИН 7, а транзисторы 7.1-7.4 не включаются. Конденсаторная батарея 3.1 сглаживает пульсирующее выпрямленное напряжение после ИН 7, которое далее поступает на вход АБ 2.

В режиме заряда LCL+L-фильтр сглаживает пульсации питающего напряжения, поступающего на вход АИН 4. БД 5 измеряет параметры питающей сети, ДН3.2, ДТ3.2, ДН3.1 и ДТ3.1 измеряют постоянные напряжения на входе и выходе ВЧ 3, а ДТ9.2 и ДТ9.1 измеряют мгновенные значения высокочастотных токов на первичной и вторичной обмотках Т 10.

СУ 6 на основе данных датчиков ДН5.1…5.3 и ДТ5.1…5.4 из БД 5 определяет фазу питающей сети и текущие действующие напряжения в каждой из фаз питающей сети. Фаза питающей сети используется для синхронного формирования трехфазной питающей сети, а текущие действующие напряжения в каждой из фаз используются для определения момента, когда необходимо переключить ИБП 1 в режим формирования трехфазной сети.

СУ 6 на основе данных с датчиков ДН3.1 и ДТ3.1 регулирует частоту генерации высокочастотного тока ИН 8 для корректного процесса заряда АБ 2. Данные с датчиков ДН3.2, ДТ3.2, ДТ9.2 и ДТ9.1 используются для контроля корректной работы ИБП 1.

Как только действующее напряжение одной или нескольких фаз питающей сети опускается ниже установленного предела, ИБП 1 переключается в режим формирования трехфазной сети.

В режиме формирования трехфазной сети потребители переменного тока получают питание от ИБП 1 за счет накопленной в АБ 2 энергии. При этом напряжение с АБ 2 через конденсаторную батарею 3.1 поступает на вход ВЧ 3, в частности, на вход ИН 7. ИН 7 формирует напряжение высокой частоты в диапазоне 50-90 кГц, стабилизируя напряжение на входе АИН 4 на уровне 580 В, необходимом для формирования полноценной трехфазной питающей сети. Высокочастотный ток через гальванически развязанный Т 9 подается на ИН 8. ИН 8 работает в режиме выпрямителя. Ток разряда проходит через диоды транзисторно-диодных модулей 8.1-8.4 ИН 8, а транзисторы 8.1-8.4 не включаются. Конденсаторная батарея 3.2 сглаживает пульсирующее выпрямленное напряжение после ИН 8, которое далее поступает на вход АИН 4. АИН 4 работает в режиме ШИМ формирования трехфазного синусоидального напряжения промышленной частоты.

В режиме разряда LCL+L фильтр сглаживает высокочастотные помехи формируемого напряжения, питающего потребителей. БД 5 измеряет параметры формируемой сети.

Формируемая трехфазная сеть по фазе совпадает с исходной питающей сетью за счет применения алгоритмов фазовой автоподстройки частоты и данных с датчиков БД 5 в режиме заряда.

Данные с датчиков БД 5 и плечо нейтрального провода 4.7-4.8 АИН 4 используются для синхронизации с потребителями и компенсации реактивной мощности.

СУ 6 на основе данных с датчиков ДН3.2 и ДТ3.2 регулирует частоту генерации высокочастотного тока ИН 7 и конфигурацию подключения аккумуляторных батарей внутри АБ 2 для стабилизации входного напряжения АИН 4. Данные с датчиков ДТ9.1 и ДТ9.2 используются для контроля корректной работы ИБП 1.

Данные с датчиков ДН3.1 и ДТ3.1 используются для отслеживания уровня заряда АБ 2. При глубоком разряде АБ 2, ИБП 1 отключается.

Отслеживание действующего значения токов формируемых фаз при помощи ДТ5.1…5.4 в БД 5 позволяет определить отключение потребителей или возобновление питающей сети. В этих случаях ИБП 1 отключается, или переходит в режим заряда соответственно.

Отключение ИБП 1 сопровождается прекращением формирования управляющих импульсов для всех транзисторно-диодных модулей 7.1-7.4, 8.1-8.4 и 4.1-4.8. При этом не производится заряда или разряда АБ 2.

СУ 6 управляет работой ИБП 1 на основе заложенных в ней алгоритмов и дополнительно на основе данных, полученных от внешних устройств через ЦВ.

В источнике бесперебойного питания предложены новые схемные решения, заключающиеся в использовании в качестве АБ 2 автономного источника питания с управляемой топологией подключения аккумуляторных батарей, использовании высокочастотного трансформатора Т 9 с двухрезонансной частотной характеристикой в звене ВЧ 3, введении дополнительных датчиков напряжения ДН3.2 и тока ДТ.3.2 в звено ВЧ 3, введении дополнительного плеча для нулевого провода в звено АИН 4, использовании LCL+L-фильтра в звене АИН 4, введении датчиков напряжения ДН5.1…5.3 и датчика тока ДТ5.4 в нулевой провод в БД 5. Предложенные схемные решения позволяют значительно увеличить удельную энергоемкость ИБП 1 за счет возможности максимального заряда и глубокого разряда аккумуляторной батареи и позволяют значительно увеличить качество формируемой ИБП 1 трехфазной сети за счет повышения кратности частоты модуляции ШИМ формирования трехфазной питающей сети, более качественной фильтрации трехфазного напряжения и возможности реализации алгоритмов синхронизации и компенсации реактивной мощности с применением нулевого провода. Все вышеперечисленное в совокупности значительно увеличивает энергоэффективность предлагаемого источника бесперебойного питания.

Дополнительно введенный цифровой вход в системе управления позволит использовать источник бесперебойного питания в качестве управляемого устройства в составе комплексных масштабируемых источников бесперебойного питания.

СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ССЫЛОК

1. Y. Wei, Q. Luo and H.A. Mantooth, “LLC and CLLC resonant converters, based DC transformers (DCXs): Characteristics, issues, and solutions”, in CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, vol. 6, no. 4, pp. 332-348, Dec. 2021, doi: 10.24295/CPSSTPEA.2021.00031.

2. A. Sankar, A. Mallik, and A. Khaligh, “Extended harmonics, based phase tracking for synchronous rectification in CLLC converters”, in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 8, pp. 6592-6603, Aug. 2019.

3. S. Zou, J. Lu and A. Mallik, “3.3kW CLLC converter with synchronous rectification for plug-in electric vehicles”, in 2017 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pp 1-6, doi: 10.1109/IAS.2017.8101708.

4. ÖZDEMİR, AYHAN and ERDEM, ZEKİYE, “Optimal digital control of a three-phase four-leg voltage source inverter,” Turk. J. Elec. Eng. & Comp. Sci., vol. 24, no. 4, Article 16, doi: 10.3906/elk-1310-102.

5. R. Zhang, F. C. Lee and D. Boroyevich, “Four-legged three-phase PFC rectifier with fault tolerant capability,” in 2000 IEEE 31st Annual Power Electronics Specialists Conference, Ireland, 2000, pp. 359-364 vol.1, doi: 10.1109/PESC.2000.878878.

6. T. Ohnishi, “Three-phase PWM converter-inverter by means of instantaneous active and reactive power control,” in Proc. IEEE-IECON Conf., pp. 819-824, 1991

7. R. Teodorescu, F. Blaabjerg, M. Liserre and A. Dell'Aquila, "A stable three-phase LCL-filter based active rectifier without damping," 38th IAS Annual Meeting on Conference Record of the Industry Applications Conference, 2003., Salt Lake City, UT, USA, 2003, pp. 1552-1557 vol. 3, doi: 10.1109/IAS.2003.1257762.

8. Renzhong, Xue, Xia Lie, Zhang Junjun and Dingshuang Jie. “Design and Research on the LCL Filter in Three-Phase PV Grid-Connected Inverters.” International Journal of Computer and Electrical Engineering (2013): 322-325.

9. M. Stecca, T.B. Soeiro, L.R. Elizondo, P. Bauer and P. Palensky, "LCL Filter Design for Three Phase AC-DC Converters Considering Semiconductor Modules and Magnetics Components Performance," 2020 22nd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'20 ECCE Europe), Lyon, France, 2020, pp. P.1-P.8, doi: 10.23919/EPE20ECCEEurope43536.2020.9215864.

Источник бесперебойного питания относится к области электротехники, в частности к статическим обратимым преобразователям, выполняющим функцию источников бесперебойного питания, которые могут выполнять функции зарядного устройства для аккумуляторных батарей или других потребителей постоянного тока, а также являться источником питания для потребителей переменного напряжения. Источник бесперебойного питания содержит автономный источник питания с управляемой топологией подключения аккумуляторных батарей, звено высокой частоты, построенное на CLLC топологии с высокочастотным двухрезонансным трансформатором, трехфазный четырехпроводной автономный инвертор напряжения промышленной частоты, трехфазный LCL+L-фильтр нижних частот, блок датчиков трех напряжений и четырех токов промышленной сети и систему управления, входы которой подключены к датчикам тока и напряжения, выходы которой подключены к драйверам и автономному источнику питания. Система управления дополнительно содержит цифровой вход, предназначенный для подключения внешних управляющих устройств. Предлагаемая конструкция позволяет значительно увеличить удельную энергоемкость ИБП за счет возможности максимального заряда и глубокого разряда аккумуляторной батареи и позволяет значительно увеличить качество формируемой ИБП трехфазной сети за счет повышения кратности частоты модуляции ШИМ формирования трехфазной питающей сети, более качественной фильтрации трехфазного напряжения и возможности реализации алгоритмов синхронизации и компенсации реактивной мощности с применением нулевого провода. Все вышеперечисленное в совокупности значительно увеличивает энергоэффективность предлагаемого источника бесперебойного питания. Дополнительно введенный цифровой вход в системе управления позволит использовать источник бесперебойного питания в качестве управляемого устройства в составе комплексных масштабируемых источников бесперебойного питания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Источник бесперебойного питания, содержащий автономный источник питания, звено высокой частоты, состоящее из входного конденсатора, к которому параллельно подключен датчик напряжения и последовательно подключен датчик тока, двух встречно направленных обратимых инверторов напряжения, управляющие выводы транзисторно-диодных модулей которых подключены к драйверам, и между которыми параллельно подключен высокочастотный трансформатор, и выходного конденсатора, звено автономного инвертора напряжения, состоящее из транзисторно-диодных модулей, управляющие выводы которых подключены к драйверам, и трехфазного фильтра нижних частот, состоящий из трех дросселей, параллельно к которым подключены конденсаторные батареи, блок датчиков, выводы которого предназначены для подключения к трехфазной сети с потребителями переменного тока, состоящий из трех датчиков напряжения и трех датчиков тока, и систему управления, соответствующие входы которой подключены к датчикам тока и напряжения, соответствующие выходы которой подключены к драйверам, отличающийся тем, что автономный источник питания выполнен с управляемой топологией подключения аккумуляторных батарей и содержит управляющий цифровой вход, подключённый к соответствующему выходу системы управления, к первичной и вторичной обмоткам высокочастотного трансформатора последовательно подключены дроссели, конденсаторные батареи и датчики тока, выходы которых подключены к соответствующим входам системы управления, к выходному конденсатору звена высокой частоты параллельно подключен датчик напряжения и последовательно подключен датчик тока, выходы которых подключены к соответствующим входам системы управления, в звено автономного инвертора напряжения параллельно подключены два транзисторно-диодных модуля, соединенных между собой последовательно, управляющие выводы которых подключены к драйверам и общий вывод которых через дроссель подключен к общему выводу конденсаторных батарей трехфазного фильтра нижних частот, к дросселям трехфазного фильтра нижних частот со стороны трехфазной сети последовательно подключены три дросселя, к конденсаторным батареям трехфазного фильтра нижних частот последовательно подключены три резистора, общий вывод конденсаторных батарей трехфазного фильтра нижних частот предназначен для подключения к трехфазной четырехпроводной сети с потребителями переменного тока через блок датчиков в качестве нейтрального вывода, в блок датчиков в нейтральный вывод последовательно подключен датчик тока, выход которого подключен к соответствующему входу системы управления.

2. Источник бесперебойного питания по п. 1, отличающийся тем, что система управления дополнительно содержит цифровой вход, предназначенный для подключения внешних управляющих устройств.